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Detecting and characterizing exoplanets around evolved stars with NASA's TESS mission

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Schwingende Sterne helfen uns, entfernte Planeten ausfindig zu machen

Forschende nutzten den TESS-Satelliten (Transiting Exoplanet Survey Satellite) der NASA zur Vermessung von 100 000 roten Riesensternen. Dabei entdeckten sie einen Planeten, der trotz aller theoretischen Widrigkeiten überlebt hatte.

Weltraum

Die Asteroseismologie ist ein aufstrebendes Gebiet, das die Astrophysik revolutioniert. Sie konzentriert sich auf sich durch Sterne bewegende Schallwellen, um unser Wissen über die Galaxie zu vertiefen. Während des PULSATION-Projekts verwendeten Asteroseismologinnen und Asteroseismologen des Instituts für Astrophysik und Weltraumwissenschaften an der portugiesischen Universität Porto den Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA, um etwa 100 000 Sterne zu vermessen. Dabei entdeckten sie einen heißen Saturn und einen warmen Sub-Saturn und sie erfuhren mehr über bereits bekannte Planeten, unter anderem über einen, der theoretisch niemals hätte überleben dürfen. „Mit den in den Schwingungen von Sternen enthaltenen Informationen können grundlegende Sterneigenschaften wie Masse, Radius und Alter eines Sterns genau bestimmt werden“, erklärt Tiago Campante, ein Forscher des Instituts, dessen Arbeit von den Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde. Sein Team stellt einen Online-Katalog der Planeten und ihrer Wirtssterne zusammen, um Forschenden dabei zu helfen, einige der wichtigsten offenen Fragen zur Entwicklung der Sterne und ihrer Planetensysteme zu beantworten.

Missionsbonus

TESS wurde hauptsächlich für das Auffinden neuer Planeten um helle, nahe Sterne herum entwickelt. Das Photometer fängt kontinuierlich das Sternenlicht ein und beobachtet 27 Tage lang einen Streifen des Himmels, bevor es zu einem anderen Aussichtspunkt wechselt. Diese Präzision bot Fachleuten der Asteroseismologie wie Campante eine Gelegenheit. Sterne werden von Schallwellen durchquert, die durch konvektive Bewegungen in der Nähe ihrer Oberfläche angeregt werden, wodurch sie ganz leicht schwingen. Dies führt zu winzigen Helligkeitsänderungen. „Mit einem Photometer, das präzise genug ist, lassen sich diese Helligkeitsschwankungen messen und in die natürlichen Schwingungsmoden eines Sterns zerlegen“, fügt Campante hinzu. Die Forschenden führten eine automatisierte Transitsuche auf TESS-Lichtkurven von etwa 100 000 roten Riesensternen durch, wobei der Schwerpunkt auf Riesenplaneten lag, deren Sterne Umlaufzeiten von weniger als 20 Tagen aufweisen. Ihre Weitfelduntersuchung ist die erste, welche zur Charakterisierung von Exoplaneten Asteroseismologie systematisch mit Transitphotometrie kombiniert.

Überlebender Planet

Die Untersuchung entdeckte nicht nur zwei Saturn-ähnliche Planeten, sondern warf auch Licht auf einige, die schon vor dem Start von TESS im Jahr 2018 bekannt waren. Die Forschenden untersuchten die Orbitalentwicklung von HD 203949 b, nachdem sie durch Asteroseismologie auf dessen Masse, Größe und Alter geschlossen hatten. Sie waren überrascht, dass dieser Planet nicht von der Hülle des Sterns verschlungen worden war, die sich während der Evolutionsphase des roten Riesen über die aktuelle Planetenbahn hinaus ausgedehnt hätte. In der Fachzeitschrift „The Astrophysical Journal“ legten sie eine Hypothese dazu dar, wie Gezeitenwechselwirkungen zwischen dem Planeten und der Sonne zu seinem Überleben geführt haben könnten. Campante teilte seine Ergebnisse einer breiteren Öffentlichkeit mit, insbesondere während einer Entsendung zu Ciência Viva, einer Agentur zur Förderung von Wissenschaft und Technologie. Er nutzte Astronomie, um das Interesse von Menschen aller Altersklassen an der Wissenschaft zu steigern, und kommentierte: „Die Öffentlichkeit war normalerweise sehr daran interessiert zu erfahren, wie sich eine Mitarbeit an großen Weltraummissionen wie TESS initiieren lässt!“

Schlüsselbegriffe

PULSATION, Asteroseismologie, Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS, rote Riesensterne, Riesenplaneten

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